ISO的OSI七层参考模型：计算机网络原理

由于许多国家的研究单位、公司和厂家大力发展计算机网络，从ARPANET出现至今，已经推出了许多商品化的网络系统。这种自行发展的网络，在体系结构上差异很大，以至它们之间互不相容，难于相互连接以构成更大的网络。为此，许多标准化机构积极开展了网络体系标准化方面的工作，其中最为著名的就是国际标准化组织ISO提出的开放系统互连参考模型（RM/OSI—Reference Model/Open System Interconnection）。该参考模型将计算机网络体系结构划分成七个层次，其草案建议于1980年提出供讨论，1982年4月形成国际标准草案（ISO/DIS 7498），现已为ISO、CCITT、ECMA、ANSI和许多厂商所接受，作为发展计算机网络的指导标准。

图 2.3.4　OSI七层参考模型

ISO的OSI七层参考模型如图2.3.4所示。在该模型中，开放系统被分为本地系统环境和开放系统互连环境两部分。前者包括本地系统管理、应用进程和其它一些程序，后者包括七层功能及其对应的协议。这七层从第一层开始分别为物理层、数据链路层、网络层、传送层、会话层、表示层和应用层。图2.3.5给出了OSI的层次术语图。如图所示，在第（N）层中，有一个或多个活跃的实体，（N）实体执行（N）层的功能及其协议，以便与别的系统中的（N）实体通信。层与层之间的接口以一个或多个服务访问点（SAP）来实现。（N-1）实体通过原语的调用向（N）实体提供服务，原语用来说明要执行的功能，并用来传送数据和控制信息，传送的数据单位称为第（N）层的服务数据单位。以上这些都是ISO

图2.3.5　OSI的层次术语图示

的术语。通俗地说，实体可以看作多道处理系统中的一个进程，或者是一个程序；服务访问点（SAP）可以看成使用的端口，这个端口可以是软件的或硬件的，它通常表示成某种地址形式；原语相当于对子程序的调用；数据服务单位的例子很多，如报文、帧、包或分组等。

在（N）层中，为使给定系统使用方便和高效，可以有多个相同的（N）实体。为了对应不同的协议标准，在一层中也可以有不同的（N）实体。

图2.3.6以最常见的实现协议的方式为例，描绘了OSI的工作原理。当应用进程X有一报文要送到应用进程Y，应用进程X将报文交给应用层的一个实体，该实体给这些数据附上一个头标（也可叫做加封），头标中包括了同等层（现在是第七层）协议所要求的信息，并作为一个数据单位传送给第六层（表示层）。第六层实体将传来的数据单位作为该层数据加以处理，并附上它自己的头标（第二次加封），然后又作为一个数据单位传给第五层。第五层又按同样方法处理，这个过程一直持续到第二层。第二层将收到的数据加上头标和校验尾标，并分成一个一个的帧，然后交给物理层的传输媒质传输。到达对方系统后，逐层按层次的规定剥掉头标并按头标中包含的协议内容进行动作，然后将剩余部分向上层传送，直至应用层。最后，应用层将数据送给应用进程Y，完成了数据的传送过程。在传送方向上，每一层都可将从上层收到的数据拆成几个数据单位，以适应下层对数据单位长度的限制，这些数据单位在接收方向上传递时必须由同等层按顺序重装。图中画出了在传送层中将一个会话层数据单位拆成了两个传送层数据单位，以满足网络层对数据单位长度的限制。图的右边给出了各同等层之间所交换的数据单位的名称，一般上四层使用的数据单位为报文（message），网络层使用的数据单位为报文分组或包（packet），数据链路层使用的数据单位为帧（frame），物理层使用的数据单位为比特（bit）。除了对等层间交换的数据单位外，还须注意各层接口交换的信息，它包括接口控制信息和本层服务数据单位的部分或全体。

图 2.3.6　OSI的运行图

现简要地叙述一下OSI参考模型中各层的主要内容。

1、物理层

物理层包括设备间的物理接口和从一个设备到另一个设备传输比特的规则。如RS-232C等。物理层具有四个重要的特性，即机械的、电气的、功能的和过程的特性。

2、数据链路层

鉴于物理层仅提供原始的比特传输，所以数据链路层的作用是将原始的传送机构转变为对上层来说是无差错的信道。链路层为上层提供的主要服务是差错检测和控制，其主要工作有链路的建立与拆除、拆帧装帧、流量控制、差错控制和顺序控制等。典型的数据链路层协议有HDLC、BSC及X.25帧级协议等。

3、网络层

网络层的基本作用是在两传送实体间提供透明的数据传送，使传送层无需知道有关子网中的数据传输方法及用来连接系统的交换技术。网络层负责建立、维持和终止经过中间通信设施转接的连接。(www.xing528.com)

图2.3.7　协议转换方式的层次示意

图2.3.8　FEP接口方式的层次示意

当两个系统通过一个分组交换网进行通信时，主机与子网间可以有两种接口方式，一种称为协议模式，另一种称为接口模式。如图2.3.7所示，协议模式的主机具有协议的1～7层，子网中CCP具有协议的下三层，主机与CCP之间通过下三层通信，数据经过主机的3/4层接口交付主机。由于存在一个子网内部协议与主机—CCP协议的转换问题，故又称为协议转换方式。如图2.3.8所示，接口模式中主机仅有协议的4～7层，下三层全部由子网承担。这种方式常用于主机与CCP相距很近，或主机与CCP间通信出错率很低的场合。由于这种情况下的CCP相当于主机的前端处理机（FEP），且层次之间是以接口形式连接的，故又称为FEP接口方式。

由于子网的最高层就是网络层，故又称网络层为子网控制层。在该层中所要做的工作主要有路由选择，拥塞控制，提供网络服务接口等。在网络层之间交换“网络服务数据单位”即报文分组或包（Packet）。

4、传送层

本层为主机间提供端一端的传送服务，使主机隔离开通信子网的具体特性，为不同进程间的数据交换提供可靠的传送手段。传送层协议要采取办法以最佳地使用通信资源，从而提高性能，降低费用。通常，传送层把数据拆成较小的数据单位（包）交给网络层。传送层协议的大小及复杂程度与它从第三层得到的服务类型密切相关。无论网络层提供何种服务，传送层都要保证数据的传送是无差错的、按顺序的、没有丢失或重复的。

传送层使用传送地址建立传送连接。为了优化网络资源的使用，可能把几个传送连接映射到一个网络连接，或者把一个传送连接映射到多个网络连接。

从该层起向上各层，都称为较高层。这些层次的协议均为端—端协议，它们所使用的数据单位统称报文（Message）。

5、会话层

会话层为不同系统中的两个表示进程间的对话提供控制机理，使用户对话连接的建立、对话过程和结束标准化，并使用户使用方便。会话层要为用户提供可靠的会话连接，不能因传送层的崩溃而影响会话。

6、表示层

表示层提供应用实体间数据的表示服务，主要是所交换的数据的语法，目的是解决应用系统间格式和数据表示的差别。具体功能有代码转换，文件格式变换，信息格式变换，终端特性转换，数据的压缩/再现，数据的加密/解密等。

7、应用层

应用层的内容直接取决于各个用户。但应用层仍可有一些普遍性的工作，如提供应用进程访问OSI环境的接口，以及支持分布应用的普遍有用的机理和管理功能等。